1 / 25
Lesson duration is: 20 minIntroduction
Plastic scheiden met behulp van magnetisme: misschien niet de eerste oplossing waar je aan denkt, maar wel ontzettend waardevol als het over duurzaamheid gaat! Met deze manier van plastic scheiden kunnen we namelijk plastic uitsplitsen in verschillende stromen - alleen maar door goed gebruik te maken van een magnetisch veld. Zo kunnen we het downcyclen van het materiaal voorkomen. Klinkt aantrekkelijk, toch?
Bij magnetic density separation komt een hoop natuurkunde kijken. In deze les is de wet van Archimedes centraal gezet, maar wordt ook inzicht gegeven in het complexere plaatje. Waar moeten we allemaal rekening mee houden als we op deze manier plastic op grote schaal willen gaan scheiden?
Instructions
Voorkennis van leerlingen
In de les wordt er vanuit gegaan dat leerlingen al eens kennis hebben gemaakt met krachten als natuurkundig concept. Ze hoeven hier nog geen verdere ervaring mee te hebben.
Voorbereiding voor docent
- Neem de les van tevoren zelf door
Leerdoelen/vaardigheden
Na deze les...
- kennen leerlingen een situatie waarin natuurkunde kan worden toegepast,
- kunnen ze uitleggen wat de wet van Archimedes is, en
- weten ze hoe met behulp van deze wet het scheiden van plastic aantrekkelijk kan worden gemaakt.
Aansluiting curriculum
Deze les past goed bij hoofdstukken over krachten in het natuurkundecurriculum. Hierbij zien leerlingen ook een toepassing van deze theorie.
Items in this lesson
Slide 1 - Slide
This item has no instructions
Slide 2 - Slide
This item has no instructions
Slide 3 - Slide
This item has no instructions
Wat kun je in het lokaal zien wat van plastic is?
Slide 4 - Mind map
Laat leerlingen om zich heen kijken en opmerken wat er eigenlijk allemaal van plastic is.
Slide 5 - Slide
Die miljoenen kilo's plastic eindigen op de alsmaar groeiende berg afval.
Slide 6 - Slide
Er zijn verschillende manier om met het plasticprobleem om te gaan, waaronder het recyclen van het materiaal. In plastic recycling is het belangrijk plastic te kunnen scheiden in verschillende types. De precieze samenstelling van deze types zijn namelijk anders. Denk aan een plastic fles: het label, de dop, en de plastic fles zelf zijn drie verschillende materialen. In het recyclen willen we die verschillende materialen uit elkaar hebben, zodat ze weer goed verwerkt kunnen worden, en het materiaal niet gedowncycled wordt.
Vraag
Hoe kun je plastic scheiden met een magneet?
Bedenk in tweetallen in 2 minuten een manier om een plastic fles te scheiden in de 3 verschillende types, met 1 voorwaarde: je maakt gebruik van een magneet. Typ jullie oplossing uit.
timer
2:00
Slide 7 - Open question
Deze opdracht is erop gericht om leerlingen zelf na te laten denken over hoe deze combinatie eruit zou kunnen zien, voordat ze daadwerkelijk magnetic density separation induiken. Waarom zouden we eigenlijk gebruik maken van magnetisme voor het scheiden van plastic?
Slide 8 - Slide
Dit onderwerp houdt veel mensen bezig. In een magnetisch veld gebeuren namelijk interessante dingen: video.
Toelichting video (principe wordt voor leerlingen toegelicht op volgende slide):
De rode vloeistof is een magnetische vloeistof (een suspensie van hele kleine metaaldeeltjes in vloeistof) waar verschillende soorten plastic in zweven. Wanneer deze vloeistof in een magnetisch veld wordt geplaatst, verandert de schijnbare dichtheid van de vloeistof op verschillende hoogtes (in een gradiënt). Hierdoor verplaatsen plasticsoorten met verschillende dichtheden zich ook naar de verschillende hoogtes in de vloeistof.
Slide 9 - Slide
Hoe: Bij magnetic density separation worden de plastic deeltjes in een magnetische vloeistof geplaatst, waarna ze in een magnetisch veld terecht komen. Dit zorgt ervoor dat op verschillende hoogtes van de vloeistof de schijnbare dichtheid anders is. De verschillende dichtheden van de plasticsoorten zorgen ervoor dat de verschillende types materiaal op andere hoogtes terechtkomen, waardoor ze van elkaar gescheiden kunnen worden.
Waarom: Zo kunnen grootschalig verschillende soorten plastic van elkaar gescheiden worden. Er kunnen namelijk stromen van plastic continu door de vloeistof bewogen worden en correct gescheiden worden. Dit maakt het mogelijk om op grote schaal zo min mogelijk materiaal te downcyclen.
Slide 10 - Slide
Een van de belangrijkste krachten die er bij magnetic density separation komt kijken is de opwaartse kracht, beschreven door de wet van Archimedes. Deze kracht, ook beschreven als buoyancy of drijfvermogen, zorgt er namelijk voor dat de deeltjes in beweging komen wanneer de vloeistof in het magnetisch veld geplaatst wordt, maar ze vervolgens ook op de juiste plek laat eindigen.
Vraag
Het doel is om de deeltjes in evenwicht te krijgen in de vloeistof, zodat de deeltjes met dezelfde dichtheid op dezelfde hoogte uitkomen. Wat betekent in evenwicht zijn voor de opwaartse kracht van deze deeltjes?
A
De opwaartse kracht is zo groot mogelijk
B
De opwaartse kracht is zo dicht mogelijk bij 0
C
De opwaartse kracht is negatief
D
De opwaartse kracht heeft hier geen invloed op
Slide 11 - Quiz
Als de deeltjes in evenwicht zijn is de netto opwaartse kracht die ze ervaren zo dicht mogelijk bij nul. Bij een grotere opwaartse kracht zouden de plastic deeltjes verder omhoog gaan, bij een negatieve opwaartse kracht zouden de plastic deeltjes naar beneden gegaan.
Slide 12 - Slide
De plastic deeltjes komen in beweging in het magnetisch veld om in de juiste dichtheid terecht te komen, en hebben dankzij de neutrale opwaartse kracht hier een plek waarop ze in evenwicht blijven.
Slide 13 - Slide
Klinkt ideaal, maar daar komt wel nog een hoop bij kijken. De plasticdeeltjes bewegen namelijk niet zonder turbulentie. Door die bewegingen kunnen deeltjes ook tegen elkaar aan botsen, wat weer meer beweging veroorzaakt. Het is dus belangrijk goed te kunnen volgen hoe die plasticdeeltjes zich door de vloeistof verplaatsen: we willen uiteindelijk wel dat de deeltjes op de juiste hoogte terecht komen.
Vraag
Zet wat er gebeurt in het magnetische veld in de juiste chronologische volgorde
1
2
3
4
Opwaartse kracht zet deeltjes in beweging
Deeltjes in beweging zorgen voor beweging van de vloeistof
Beweging van de vloeistof zorgt voor draaiing van de deeltjes
Deeltjes botsen tegen elkaar aan, wat voor meer beweging zorgt
Slide 14 - Drag question
Uitwerking:
De opwaartse kracht zet de deeltjes in beweging. Door de beweging van de deeltjes door de vloeistof komt de vloeistof zelf ook in beweging. De turbulentie in de vloeistof zorgt ervoor dat deeltjes gaan draaien, en vervolgens met elkaar in botsing kunnen komen. Dit zorgt ten slotte weer voor meer beweging (en chaos).
Slide 15 - Slide
Al die krachten zorgen voor chaos in de beweging van de deeltjes, maar het blijkt dat deze bewegingen na botsingen best goed te voorspellen zijn. Zeker op het gebied van bolvormige plastic deeltjes blijkt dat met simulaties heel vergelijkbare resultaten worden gevonden als met experimenten.
De afbeeldingen laten de verschillende punten in tijd zien - van voor de botsing van de deeltjes, tot de botsing, en hoe de deeltjes daarna verder bewegen.
Slide 16 - Slide
Die vergelijking van het experiment en de simulatie kunnen we ook als grafiek weergeven. Hier is de beweging van de deeltjes voor, tijdens, en na de botsing in te zien.
Vraag
De wet van Archimedes verklaart hoe de deeltjes in beweging komen in de vloeistof en geeft dus een belangrijk startpunt om de chaos in de bewegingen te kunnen voorspellen. Waarom is het zo relevant om dit goed te kunnen voorspellen?
Slide 17 - Open question
This item has no instructions
Stelling
Wetenschap is de sleutel tot oplossing van het plasticprobleem
Ja, de oplossing voor het plasticprobleem ligt in de wetenschap
Nee, de oplossing voor het plasticprobleem ligt in de maatschappij
Slide 18 - Poll
Deze vraag is erop gericht om leerlingen te laten reflecteren op de les, en de ontwikkelingen op het gebied van recycling ook in een breder maatschappelijk beeld te plaatsen. Ze kiezen bewust voor een van de twee, hoewel dit natuurlijk een complexer plaatje is waar beide bij komen kijken. Hier kan naar aanleiding van de antwoordverdeling een discussie over gehouden worden.
Een voorbeeld dat hierbij aangehaald kan worden om de relevantie van het maatschappelijk draagvlak aan te halen:
In 2025 is de plastictop in Geneve mislukt.
In 2025 is de plastictop in Geneve mislukt.
Slide 19 - Slide
This item has no instructions
Slide 20 - Slide
Mechanical Engineering (werktuigbouwkunde) en toegepaste natuurkunde (applied physics) zijn bij verschillende instellingen te volgen, zowel op hbo als wo niveau.
Slide 21 - Slide
Link naar vragenlijst voor leerlingen:
ut.onl/leerling4tu
Slide 22 - Slide
Link naar vragenlijst voor docenten:
ut.onl/docent4tu
Slide 23 - Slide
This item has no instructions
Slide 24 - Slide
This item has no instructions
Slide 25 - Slide
This item has no instructions